JP7243757B2 - Control device, control system, method, program, and vehicle - Google Patents

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Description

本発明は、車両の運動を制御する装置に関する。 The present invention relates to a device for controlling motion of a vehicle.

車両で発生する車両の運動に関する複数の要求を調整して、調整結果に応じてアクチュエーターの動作を管理することができる車両が知られている。例えば、特許文献1には、アクチュエーターのアベイラビリティに応じて複数の要求を調整して、車両の運動を最適に制御する装置が開示されている。 Vehicles are known that are capable of coordinating multiple vehicle motion demands occurring in the vehicle and managing the operation of the actuators in response to the coordinating results. For example, Patent Literature 1 discloses a device that adjusts multiple requests according to the availability of actuators to optimally control the motion of a vehicle.

特開2012-096619号公報JP 2012-096619 A

特許文献1に記載された制御装置では、車両の横方向運動を制御するアクチュエーター指令値を、ヨーレートの要求値に基づいて算出している。このため、自動駐車時などの極低速で走行している状態ではステアリングの操舵角が大きくてもヨーレートの要求値が小さくなるため、要求値をアクチュエーター指令値に適切に変換することができない。すなわち、ヨーレートを用いた横方向運動の制御では、車両の走行状態によってはアクチュエーター指令値を精度よく算出することができない場合がある。 In the control device described in Patent Document 1, an actuator command value for controlling lateral motion of a vehicle is calculated based on a required yaw rate value. Therefore, when the vehicle is traveling at an extremely low speed, such as during automatic parking, the required value of the yaw rate becomes small even if the steering angle is large, so the required value cannot be appropriately converted into the actuator command value. That is, in the lateral motion control using the yaw rate, it may not be possible to accurately calculate the actuator command value depending on the running state of the vehicle.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、車両の走行状態に拘わらず車両の横方向運動に関するアクチュエーター指令値を精度よく算出できる車両運動制御装置等を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vehicle motion control apparatus and the like that can accurately calculate an actuator command value related to lateral motion of a vehicle regardless of the running state of the vehicle.

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、車両に搭載された制御装置であって、運転支援システムから複数の横方向加速度又は複数の曲率を受け付ける受付部と、複数の曲率を調停する調停部と、調停部による調停結果に基づいて操舵角を算出する算出部と、操舵角を複数のアクチュエーターシステムの少なくとも1つに配分する分配部と、を備える、制御装置である。 In order to solve the above-described problems, one aspect of the present invention is a control device mounted on a vehicle, comprising: a reception unit that receives a plurality of lateral accelerations or a plurality of curvatures from a driving assistance system; a calculation unit that calculates a steering angle based on the result of the arbitration by the arbitration unit; and a distribution unit that distributes the steering angle to at least one of a plurality of actuator systems.

本開示の車両運動制御装置によれば、車両の走行状態に拘わらず、車両の横方向運動に関するアクチュエーター指令値(要求)を精度よく算出することができる。 According to the vehicle motion control device of the present disclosure, it is possible to accurately calculate the actuator command value (request) regarding the lateral motion of the vehicle regardless of the running state of the vehicle.

本発明の一実施形態に係る車両運動制御装置の機能ブロックを示す図1 is a diagram showing functional blocks of a vehicle motion control system according to an embodiment of the present invention; FIG.

[概要]
本発明に係る車両運動制御装置は、各システムから車両の横方向運動に関する要求を横方向加速度と曲率で受け付ける。これにより、回転方向を運動学的単位である曲率で処理できるので、車両の走行状態に拘わらず車両の横方向運動に関するアクチュエーター指令値を精度よく算出できる。
[overview]
A vehicle motion control system according to the present invention receives a request for lateral motion of a vehicle from each system in terms of lateral acceleration and curvature. As a result, the direction of rotation can be processed with the curvature, which is a kinematic unit, so that the actuator command value relating to the lateral motion of the vehicle can be accurately calculated regardless of the running state of the vehicle.

[構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る車両運動制御装置20とその周辺の構成の機能ブロック図である。図1に例示した車両運動制御装置20は、要求受付部21と、フィードバック制御部22と、変換送信部23と、を備えている。
[composition]
FIG. 1 is a functional block diagram of a vehicle motion control device 20 according to an embodiment of the present invention and its peripheral configuration. The vehicle motion control device 20 illustrated in FIG. 1 includes a request reception unit 21, a feedback control unit 22, and a conversion transmission unit 23.

車両運動制御装置20は、運転支援ECU10からの要求及びセンサー部50から取得される情報に基づいて、車両の「走る」「曲がる」「止まる」といった車両の運動に関する制御内容を決定する。そして、車両運動制御装置20は、決定した制御内容に基づいて、自らが管理しているステアリング制御ECU31、ブレーキ制御ECU32、及びパワートレイン制御ECU33などに対して必要な指令を行い、ステアリング41、ブレーキ42、及びパワートレイン(又はインホイールモータ)43などの車両の運動に関わるアクチュエーターを適切に制御する。 The vehicle motion control device 20 determines control details regarding vehicle motion such as “running”, “turning”, and “stopping” based on a request from the driving support ECU 10 and information acquired from the sensor unit 50 . Based on the determined control details, the vehicle motion control device 20 issues necessary instructions to the steering control ECU 31, the brake control ECU 32, the power train control ECU 33, etc., which are managed by itself. 42, and powertrain (or in-wheel motor) 43, which are involved in vehicle motion.

運転支援ECU10は、ドライバーの運転をサポートするために各種の制御を行うユニットであり、一例として自動運転システム11、自動駐車システム12、及び予防安全システム13などを含む。これらのシステムは、各システムで制御目標となる車両の動きを少なくとも、縦方向(車両前後方向)及び横方向(車両幅方向)の移動については運動力学的単位である縦方向加速度Ax及び横方向加速度Ayによって、回転方向の移動については運動学的単位である曲率Rによって、車両運動制御装置20に要求するように構成される。なお、曲率Rの代わりに、回転半径r(=1/R)を用いてもよい。 The driving support ECU 10 is a unit that performs various controls to support the driving of the driver, and includes, for example, an automatic driving system 11, an automatic parking system 12, a preventive safety system 13, and the like. These systems control the movement of the vehicle, which is the control target of each system, at least in terms of longitudinal acceleration Ax and lateral Acceleration Ay is configured to request the vehicle motion controller 20 to move in the rotational direction by curvature R, which is a kinematic unit. A radius of gyration r (=1/R) may be used instead of the curvature R.

センサー部50は、車両の運動に関する情報を取得する各種のセンサーであり、一例として車速を測定できる車輪速センサーや、ヨーレートや縦横方向の加速度を測定できるシャシーセンサーなどを含む。 The sensor unit 50 is various sensors that acquire information about the motion of the vehicle, and includes, for example, a wheel speed sensor capable of measuring vehicle speed, a chassis sensor capable of measuring yaw rate and vertical and horizontal acceleration, and the like.

要求受付部21は、運転支援ECU10から1つ又は複数の要求を受け付けて、この受け付けた要求を調停又は選択して最適な1つの縦方向加速度Ax、横方向加速度Ay、曲率Rによる要求(Ax、Ay、R)を出力する。要求受付部21は、横方向運動の制御に関しては、横方向加速度Ay及び曲率Rの少なくとも1つを含む要求を受け付ければよい。 The request receiving unit 21 receives one or a plurality of requests from the driving assistance ECU 10, mediates or selects the received requests, and obtains one optimum request based on the longitudinal acceleration Ax, the lateral acceleration Ay, and the curvature R (Ax , Ay, R). The request receiving unit 21 may receive a request including at least one of the lateral acceleration Ay and the curvature R for lateral motion control.

フィードバック制御部22は、要求受付部21が出力する最適な1つの要求(Ax、Ay、R)と、ステアリング制御ECU31、ブレーキ制御ECU32、及びパワートレイン制御ECU33などからフィードバックされるアクチュエーター情報(制御実現結果、アベイラビリティなど)と、センサー部50から入力する車両の運動に関する情報とに基づいて、フィードバック結果などを加味した縦方向加速度Ax、横方向加速度Ay、曲率Rを演算する。例えば、横方向加速度Ayは、車両に設置された横Gセンサーからフィードバックされる測定値に基づいて演算することができる。曲率Rは、横Gセンサーと車輪速センサーとからフィードバックされる測定値によって推定される曲率に基づいて演算することができる。 The feedback control unit 22 receives one optimum request (Ax, Ay, R) output by the request receiving unit 21 and actuator information (control implementation results, availability, etc.) and information on vehicle motion input from the sensor unit 50, the vertical acceleration Ax * , the lateral acceleration Ay * , and the curvature R * are calculated with the feedback results and the like taken into consideration. For example, the lateral acceleration Ay * can be calculated based on measurements fed back from lateral G sensors installed in the vehicle. Curvature R * can be calculated based on the curvature estimated by measurements fed back from the lateral G sensor and the wheel speed sensor.

変換送信部23は、フィードバック制御部22で演算された要求(Ax、Ay、R)を、ステアリング41、ブレーキ42、及びパワートレイン43などの車両の運動に関わる1つ以上のアクチュエーターに配分する指令値として、各アクチュエーターの動作特性に応じた操作量(制動力Fx、操舵角δなど)の単位に変換する。そして、変換送信部23は、変換した指令値を該当するアクチュエーターを動作させる各制御ECUにそれぞれ送信する。 The transform transmitter 23 sends the requests (Ax * , Ay * , R * ) computed by the feedback controller 22 to one or more actuators involved in vehicle motion, such as steering 41, brake 42, and power train 43. The command values to be distributed are converted into units of operation amounts (braking force Fx, steering angle δ, etc.) according to the operating characteristics of each actuator. Then, the conversion transmission unit 23 transmits the converted command value to each control ECU that operates the corresponding actuator.

ステアリング制御ECU31は、変換送信部23から受信する指令値とドライバーのステアリング操作に応じた指令値とに基づいて、所定のステアリングドライバーモデルに従ったステアリング41の制御を実施する。ブレーキ制御ECU32は、変換送信部23から受信する指令値とドライバーのブレーキ操作に応じた指令値とに基づいて、所定のブレーキドライバーモデルに従ったブレーキ42の制御を実施する。パワートレイン制御ECU33は、変換送信部23から受信する指令値とドライバーのアクセル操作に応じた指令値とに基づいて、所定のアクセルドライバーモデルに従ったパワートレイン43の制御を実施する。 The steering control ECU 31 controls the steering wheel 41 according to a predetermined steering driver model based on the command value received from the conversion transmitting unit 23 and the command value according to the driver's steering operation. The brake control ECU 32 controls the brakes 42 according to a predetermined brake driver model, based on the command value received from the conversion transmission unit 23 and the command value according to the driver's braking operation. The powertrain control ECU 33 controls the powertrain 43 according to a predetermined accelerator driver model based on the command value received from the conversion transmitting unit 23 and the command value according to the driver's accelerator operation.

本実施形態に係る車両運動制御装置20は、例えばこのブレーキ制御ECU32内に構成することができる。また、運転支援ECU10に含まれる各システムや、車両運動制御装置20が管理する各制御ECU及び各アクチュエーターは、図示したものに限られるものではない。なお、各ECUは、CANなどの車内ネットワークを介して相互に通信可能に接続されている。 The vehicle motion control device 20 according to the present embodiment can be configured in the brake control ECU 32, for example. Further, each system included in the driving support ECU 10, each control ECU and each actuator managed by the vehicle motion control device 20 are not limited to those illustrated. In addition, each ECU is connected so as to be able to communicate with each other via an in-vehicle network such as CAN.

[実施例]
以下、車両の横方向の運動制御を例に挙げて、運転支援ECU10の各システムからどのような要求が車両運動制御装置20へ出力されるのか、また車両運動制御装置20によってどのように各アクチュエーターを制御して要求が実現されるかを、具体的に幾つか説明する。
[Example]
Hereinafter, taking lateral motion control of a vehicle as an example, what kind of requests are output from each system of the driving support ECU 10 to the vehicle motion control device 20, and how each actuator is controlled by the vehicle motion control device 20. Some concrete explanations will be made as to whether the request is realized by controlling the .

<要求例1>
予防安全システム13は、レーンキープ制御機能によって、直線の道路を走行車線のセンターを維持して走行させるために車両を加速度Yで横方向へ移動させたい場合には、横方向加速度Ay=Yかつ曲率R=0(又は曲率の要求なし)を、車両運動制御装置20に要求する。
<Request example 1>
The preventive safety system 13 uses the lane keep control function to set the lateral acceleration Ay 3 =Y when the vehicle is to be laterally moved at an acceleration Y in order to drive on a straight road while maintaining the center of the lane. Also, the vehicle motion control device 20 is requested to set the curvature R 3 =0 (or no curvature is requested).

<要求例2>
予防安全システム13は、レーンキープ制御機能によって、曲率Xでカーブしている道路を走行車線のセンターを維持して走行させるために車両を加速度Yで横方向へ移動させたい場合には、横方向加速度Ay=Yかつ曲率R=Xを、車両運動制御装置20に要求する。
<Request example 2>
The preventive safety system 13 uses the lane keep control function to move the vehicle laterally with an acceleration Y in order to drive the vehicle on a curved road with a curvature X while maintaining the center of the lane. Acceleration Ay 3 =Y and curvature R 3 =X are requested from the vehicle motion controller 20 .

<要求例3>
自動駐車システム12は、自動駐車制御機能によって、極低速で曲率Xの軌道により車両を移動させたい場合には、横方向加速度Ay=0(又は横方向加速度の要求なし)かつ曲率R=Xを、車両運動制御装置20に要求する。
<Request example 3>
If the automatic parking control function wishes to move the vehicle along a trajectory of curvature X at very low speed, the automatic parking system 12 sets the lateral acceleration Ay 2 =0 (or no lateral acceleration required) and the curvature R 2 = X is requested from the vehicle motion controller 20 .

<実現例1>
運転支援ECU10からの運動要求をステアリング41の操舵だけで実現させる場合、車両運動制御装置20は、横方向加速度Ayとセンサー部50から取得した現在の車速Vxとに基づいて、要求された横方向加速度Ayに応じた曲率Ry(=Ay/Vx)を計算する。そして、車両運動制御装置20は、算出した曲率Ryと要求された曲率Rとに基づいて曲率R(=R+Ry)を算出し、算出した曲率Rからステアリング41の操舵角δを演算する。
<Realization example 1>
When the motion request from the driving support ECU 10 is realized only by steering the steering wheel 41, the vehicle motion control device 20 controls the requested lateral direction based on the lateral acceleration Ay and the current vehicle speed Vx acquired from the sensor unit 50. A curvature Ry (=Ay/Vx 2 ) corresponding to the acceleration Ay is calculated. Then, the vehicle motion control device 20 calculates the curvature R * (=R+Ry) based on the calculated curvature Ry and the requested curvature R, and calculates the steering angle δ of the steering wheel 41 from the calculated curvature R * .

<実現例2>
運転支援ECU10からの運動要求を、4輪操舵機能(4WS)を有するステアリング41の操舵で実現させる場合、車両運動制御装置20は、上述した実現例1の手法によってステアリング41の操舵角δを演算する。ただし、運転支援ECU10からの運動要求が横方向加速度Ayだけで曲率Rがない場合には、車両運動制御装置20は、車両の前輪と後輪とを同位相の操舵制御とした上で、要求された横方向加速度Ayを操舵角速度に変換する。これにより、横方向加速度Ayをステアリング41の操舵で実現できる。
<Realization example 2>
When the motion request from the driving support ECU 10 is realized by steering the steering wheel 41 having a four-wheel steering function (4WS), the vehicle motion control device 20 calculates the steering angle δ of the steering wheel 41 by the method of implementation example 1 described above. do. However, when the motion request from the driving support ECU 10 is only the lateral acceleration Ay and there is no curvature R, the vehicle motion control device 20 controls the front wheels and the rear wheels of the vehicle in the same phase, and Lateral acceleration Ay thus obtained is converted into steering angular velocity. As a result, the lateral acceleration Ay can be realized by steering the steering wheel 41 .

<実現例3>
インホイールモータ43を搭載した車両において、インホイールモータ43の左右トルク差制御で生じるモーメントは、曲率Rを制御するフィードバック微分項にあたる。このため、運転支援ECU10からの運動要求をインホイールモータ43の駆動で実現させる場合、車両運動制御装置20は、インホイールモータ43を微分項分の実現手段として分離して要求する(dR=dVx/dω)。
<Realization example 3>
In a vehicle equipped with the in-wheel motor 43, the moment generated by the left-right torque difference control of the in-wheel motor 43 corresponds to the feedback differential term that controls the curvature R. Therefore, when the motion request from the driving support ECU 10 is to be realized by driving the in-wheel motor 43, the vehicle motion control device 20 separately requests the in-wheel motor 43 as means for realizing the differential term (dR=dVx /dω).

[作用・効果]
以上のように、本発明の一実施形態に係る車両運動制御装置20によれば、運転支援ECU10からの車両の運動に関する要求のうち、回転方向を運動学的単位である曲率Rで受け付けて処理することができる。これにより、例えば極低速走行においてステアリング41を大きく操舵しても横方向運動に関する要求値が小さくならないため、要求値をアクチュエーター指令値に適切に変換することが可能となる。従って、ヨーレートを用いた横方向運動の制御と比べて、車両の走行状態に拘わらず車両の横方向運動に関するアクチュエーター指令値を精度よく算出することができる。
[Action/effect]
As described above, according to the vehicle motion control device 20 according to the embodiment of the present invention, among the requests regarding the motion of the vehicle from the driving support ECU 10, the direction of rotation is received in terms of the curvature R, which is a kinematic unit, and processed. can do. As a result, even if the steering wheel 41 is strongly steered, for example, during extremely low speed running, the required value for the lateral motion does not decrease, so the required value can be appropriately converted into the actuator command value. Therefore, compared to lateral motion control using the yaw rate, it is possible to accurately calculate the actuator command value for lateral motion of the vehicle regardless of the running state of the vehicle.

また、本実施形態に係る車両運動制御装置20は、要求元であるシステムの機能に拘わらず同じ単位で横方向運動の要求を扱うことができるので、フィードバック制御部22を1つにまとめることができ、また変換送信部23も1つにまとめることができる。また、曲率Rは、運動力学的単位への変換も可能であるため、所定の制御(例えば安定化制御)と横方向運動制御との協調が必要な場合にも対応することができる。 In addition, since the vehicle motion control device 20 according to the present embodiment can handle requests for lateral motion in the same unit regardless of the function of the requesting system, the feedback control unit 22 can be integrated into one. In addition, the conversion transmission unit 23 can be combined into one. In addition, since the curvature R can be converted into kinematic units, it is possible to cope with a case where cooperation between predetermined control (for example, stabilization control) and lateral motion control is required.

なお、本発明は、車両運動制御装置として捉えるだけでなく、車両運動制御装置のコンピューターが実行する方法、プログラム、あるいは、車両運動制御装置を搭載した車両として捉えることも可能である。 The present invention can be regarded not only as a vehicle motion control device, but also as a method or program executed by a computer of the vehicle motion control device, or as a vehicle equipped with the vehicle motion control device.

本発明は、車両の運動を制御するシステムに有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for systems that control motion of vehicles.

10 運転支援ECU
11 自動運転システム
12 自動駐車システム
13 予防安全システム
20 車両運動制御装置
21 要求受付部
22 フィードバック制御部
23 変換送信部
31 ステアリング制御ECU
32 ブレーキ制御ECU
33 パワートレイン制御ECU
41 ステアリング
42 ブレーキ
43 パワートレイン(インホイールモータ)
50 センサー部
10 Driving support ECU
11 Automatic driving system 12 Automatic parking system 13 Preventive safety system 20 Vehicle motion control device 21 Request reception unit 22 Feedback control unit 23 Conversion transmission unit 31 Steering control ECU
32 brake control ECU
33 Powertrain control ECU
41 steering 42 brake 43 power train (in-wheel motor)
50 Sensor part

Claims (8)

車両に搭載され、前記車両の運動を制御する制御装置であって、
複数の運転支援システムから複数の目標曲率を受け付け、前記複数の目標曲率を調停する調停部と、
前記調停部による調停結果およびアクチュエータシステムからフィードバックされる情報に基づいて操舵角を算出する算出部と、
前記操舵角を複数の前記アクチュエータシステムの少なくとも1つに分配する分配部と、を備える、制御装置。
A control device mounted on a vehicle for controlling motion of the vehicle,
an arbitration unit that receives a plurality of target curvatures from a plurality of driving support systems and arbitrates the plurality of target curvatures;
a calculation unit that calculates a steering angle based on the arbitration result of the arbitration unit and information fed back from the actuator system ;
a distribution unit that distributes the steering angle to at least one of the plurality of actuator systems.
前記調停部は、前記複数の運転支援システムから複数の目標加速度をさらに受け付け、前記複数の目標曲率と前記複数の目標加速度とをそれぞれ調停する、請求項1に記載の制御装置。 The control device according to claim 1, wherein said arbitration unit further receives a plurality of target accelerations from said plurality of driving support systems, and arbitrates said plurality of target curvatures and said plurality of target accelerations. 前記アクチュエータシステムからフィードバックされる情報は、前記アクチュエータシステムによる制御実現結果および前記アクチュエータシステムのアベイラビリティのうち少なくとも1つである、請求項1又は2に記載の制御装置。3. The control device according to claim 1, wherein the information fed back from said actuator system is at least one of a control realization result by said actuator system and availability of said actuator system. 前記算出部は、さらに前記車両に備えられたセンサーから入力する前記車両の運動に関する情報に基づいて前記操舵角を算出する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の制御装置。4. The control device according to any one of claims 1 to 3, wherein said calculation unit further calculates said steering angle based on information relating to motion of said vehicle input from a sensor provided on said vehicle. 請求項1に記載の制御装置と、複数の前記アクチュータシステムを含む制御システムであって、A control system comprising the control device according to claim 1 and a plurality of the actuator systems,
前記アクチュータシステムは、ステアリングシステムであり、the actuator system is a steering system;
前記ステアリングシステムは、前記操舵角とドライバーのステアリング操作に応じた指令値とに基づいて、所定のステアリングドライバーモデルに従ったステアリングの制御を行う、制御システム。The steering system is a control system that performs steering control according to a predetermined steering driver model based on the steering angle and a command value according to a driver's steering operation.
車両に搭載され、前記車両の運動を制御する制御装置のコンピューターが実行する方法であって、
複数の運転支援システムから複数の目標曲率を受け付け、前記複数の目標曲率を調停するステップと、
前記調停するステップにおける調停結果およびアクチュエータシステムからフィードバックされる情報に基づいて操舵角を算出するステップと、
前記操舵角を複数の前記アクチュエータシステムの少なくとも1つに分配するステップと、を含む、方法。
A method executed by a computer of a controller mounted on a vehicle for controlling motion of the vehicle, comprising:
receiving a plurality of target curvatures from a plurality of driving assistance systems and arbitrating the plurality of target curvatures;
calculating a steering angle based on the mediation result in the mediating step and information fed back from the actuator system ;
and c. distributing the steering angle to at least one of a plurality of the actuator systems.
車両に搭載され、前記車両の運動を制御する制御装置のコンピューターに実行させるプログラムであって、
複数の運転支援システムから複数の目標曲率を受け付け、前記複数の目標曲率を調停するステップステップと、
前記調停するステップにおける調停結果およびアクチュエータシステムからフィードバックされる情報に基づいて操舵角を算出するステップと、
前記操舵角を複数の前記アクチュエータシステムの少なくとも1つに分配するステップと、を含む、プログラム。
A program to be executed by a computer of a control device mounted on a vehicle and controlling motion of the vehicle,
a step of receiving a plurality of target curvatures from a plurality of driving assistance systems and arbitrating the plurality of target curvatures;
calculating a steering angle based on the mediation result in the mediating step and information fed back from the actuator system ;
and distributing the steering angle to at least one of a plurality of the actuator systems.
請求項1に記載の制御装置を搭載した、車両。 A vehicle equipped with the control device according to claim 1 .
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